Основные показатели двигателя автомобиля

Что такое мощность двигателя, крутящий момент и удельный расход топлива

Изобретенный более 100 лет назад поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день все еще является самым распространенным в автомобилестроении. При выборе модели двигателя своего будущего автомобиля покупатель может предварительно ознакомиться с его основными характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, что они собой представляют и как влияют на работу.

Основные показатели двигателя

Сгорание топлива происходит внутри ДВС, в специальной камере цилиндра. Это приводит в движение поршень, который, совершая циклические возвратно-поступательные движения, проворачивает коленчатый вал. Таков упрощенный принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Основные характеристики ДВС можно оценить тремя основными показателями:

• мощность двигателя;
• крутящий момент;
• расход топлива.

Основные показатели ДВС

Рассмотрим более подробно каждый из этих показателей.

Что такое мощность двигателя

Под мощностью следует понимать физическую величину, которая показывает совершаемую двигателем работу за единицу времени. При вращательном движении мощность определяется как произведение крутящего момента на угловую скорость вращения коленчатого вала. Обычно она указывается в лошадиных силах (л.с.), но встречается измерение и в кВт.

Существует несколько единиц измерения под названием «лошадиная сила», но, как правило, имеется в виду так называемая «метрическая лошадиная сила», которая равная ≈ 0,7354 кВт. А вот в США и Великобритании лошадиные силы, касающиеся автомобилей, приравнивают к 0,7456 кВт, то есть как 75 кгс*м/с, что приблизительно равно 1,0138 метрической.

• 1 кВт = 1,3596 л.с. (для метрического исчисления);
• 1 кВт = 1,3783 hp (английский стандарт);
• 1 кВт = 1,34048 л.с. (электрическая «лошадка»).

Если же конвертировать мощность 1 лошадиной силы в киловатты (в промышленности или энергетике), то она будет примерно равна 0,746 кВт. Понятие лошадиная сила не входит в международную систему измерений (СИ), поэтому измерение мощности в кВт будет более правильным.

Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Эффективная мощность двигателя будет всегда ниже индикаторной.

Также есть параметр, называемый литровой мощность двигателя. Это соотношение объема двигателя к его максимальной мощности. Для бензиновых моторов литровая мощность составляет в среднем 30-45 кВт/л, а у дизельных – 10-15 кВт/л.

Как узнать мощность двигателя автомобиля

Конечно, значение можно посмотреть в документах на машину, но иногда требуется узнать мощность автомобиля, который подвергался тюнингу или давно находится в эксплуатации. В таких случаях не обойтись без динамометрического стенда. Его можно найти в специализированных организациях и на станциях техобслуживания. Колеса автомобиля помещаются между барабанами, создающими сопротивление вращению. Далее имитируется движение с разной нагрузкой. Компьютер сам определит мощность двигателя. Для более точного результата может понадобиться несколько попыток.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле: M = F*R, где F – это сила, с которой давит поршень, R – длина плеча (рычага). В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления шатунной шейки. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Hм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец рычага длиной в метр.

Крутящий момент ДВС характеризует показатель силы вращения коленчатого вала и определяет динамику разгона автомобиля.

Что такое расход (удельный расход) топлива

Удельный расход топлива двигателя – это количество топлива, затрачиваемое для производства определенного количества энергии. Чем расход ниже, тем рациональнее будет использоваться топливо. Расход связан с эффективностью двигателя. Один двигатель может иметь разный расход топлива в зависимости от скорости и нагрузки.

Внешняя скоростная характеристика (ВСХ)

Внешняя скоростная характеристика двигателя показывает зависимость мощности, расхода топлива и крутящего момента от числа оборотов коленвала. Все эти параметры показываются графически в виде кривых.

Внешняя скоростная характеристика

На рисунке можно видеть кривые с обозначениями Pe – мощность двигателя, Mе – крутящий момент, ge – удельный расход топлива. Как видно, с ростом числа оборотов и мощности увеличивается расход топлива. Крутящий момент растет до определенного уровня, а затем идет на спад. В точке, где наиболее эффективный крутящий момент и мощность двигателя, будет самый оптимальный показатель расхода топлива.

Производители моторов борются за то, чтобы максимальный крутящий момент двигатель развивал в как можно более широком диапазоне оборотов («полка крутящего момента была шире»), а максимальная мощность достигалась при оборотах, максимально приближенных к этой полке. Такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет быстро ускоряться.

Внешняя скоростная характеристика дает оценку динамическим характеристикам автомобиля, определяет КПД и топливный расход при разных параметрах.

Высокий крутящий момент на более низких оборотах увеличивает тяговую силу агрегата, грузоподъемность и проходимость.

Роль мощности и крутящего момента двигателя

Для обеспечения лучших динамических показателей двигателя, производители стараются наделить силовой агрегат максимальным крутящим моментом, который будет достигаться в более широком значении оборотов двигателя.

Чтобы правильно оценить роль этих двух понятий, стоит обратить внимание на следующие факты:

• Взаимосвязь мощности и крутящего момента можно выразить в формуле: P = 2П*M*n, где Р – это мощность, M – показатель крутящего момента, а n – количество оборотов коленвала в единицу времени.
• Крутящий момент более конкретный показатель характеристики двигателя. Низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.
• Мощность двигателя будет возрастать с повышением оборотов: чем выше, тем больше мощность, но до определенных пределов.
• Крутящий момент увеличивается с повышением количества оборотов, но при достижении максимального значения показатели крутящего момента снижаются.
• При равных показателях мощности и крутящего момента более эффективным будет двигатель с меньшим расходом топлива.

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/osnovnye-pokazateli-dvs.html

Основные показатели двигателя автомобиля

Основные показатели двигателя и его общее устройство. К основным показателям двигателей внутреннего сгорания относятся тип двигателя, число тактов, расположение цилиндров, порядок работы цилиндров, направление вращения коленчатого вала, диаметр цилиндра и ход поршня, рабочий объем (литраж), степень сжатия, эффективная мощность, максимальный крутящий момент, минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, минимальный удельный расход топлива. Для понимания этих показателей рассмотрим общее устройство и работу одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 2.1).

Четырехтактные поршневые двигатели имеют следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения, смазочную систему, систему питания и систему зажигания (для двигателей с искровым зажиганием).

Кривошипно-шатунный механизм Служит для осуществления рабочего цикла двигателя и преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В кри-

Вошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр 2, закрытый сверху головкой 7, поршень 3 С поршневыми кольцами, поршневой палец 4, шатун 5 и коленчатый вал Р. Механизм установлен в картере 7, закрытом снизу масляным поддоном 77. На конце коленчатого вала закреплен маховик 8. Поршень 3, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре 2 С небольшим зазором и уплотнен поршневыми кольцами.

Поршень, перемещающийся внутри цилиндра, при помощи пальца 4 Шарнирно соединен с верхней головкой шатуна 5. Нижняя головка шатуна шарнирно соединена с шатунной шейкой коленчатого вала Р. Коренными шейками вал лежит в подшипниках, установленных в картере 7, и может в них свободно вращаться.

Механизм газораспределения Служит для впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. В верхней части ци-

Рис. 2.1. Устройство одноцилиндрового карбюраторного двигателя:

1 — головка цилиндра; 2 — Цилиндр; 3 — Поршень; 4 — Поршневой палец; 5 — шатун; 6 — Жидкостный насос системы охлаждения; 7 — картер; 8 — Маховик; 9 — Коленчатый вал; 10— Маслопровод; 11 — Масляный поддон; 12 — Масляный насос системы смазки; 13 — Шестерни привода кулачкового вала; 14 — Распределительный вал; 15 — Толкатель; 16 — Карбюратор; 17 — Пружина; 18 — Впускной трубопровод; 19 — Впускной клапан; 20 — Выпускной клапан; 21 — Свеча зажигания

Линдра установлены в направляющих втулках клапаны 19 и 20 с Пружинами 17, Удерживающими их в закрытом положении. Клапаны управляются с помощью кулачков распределительного вала 14 Через толкатели 15.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала распределительными шестернями 13. Через впускной клапан 19 В цилиндр поступает горючая смесь, через выпускной клапан 20 Отработавшие газы выходят в атмосферу.

Система охлаждения Служит для отвода теплоты от стенок и головки цилиндра, сильно нагревающихся при работе двигателя. Цилиндр 2 И головка 1 Имеют двойные стенки, образующие рубашку охлаждения, в которой циркулирует с помощью жидкостного насоса 6 Охлаждающая цилиндр жидкость. Нагретая в рубашке охлаждения двигателя жидкость охлаждается в радиаторе, через который с помощью вентилятора протягивается воздух. При воздушном охлаждении цилиндры охлаждаются непосредственно омывающим их потоком воздуха.

Смазочная система Обеспечивает подачу масла ко всем трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшаются трение между деталями и их изнашивание. Масло наливается в поддон 11 Картера двигателя до определенного уровня и при помощи масляного насоса 12, Приводимого в действие от распределительного вала, по маслопроводу 10 И каналам подводится ко всем трущимся деталям и разбрызгивается внутри двигателя. Для очистки масла в смазочную систему включены масляные фильтры.

Система питания Служит для приготовления горючей смеси, которая подается внутрь цилиндра. Горючая смесь получается в карбюраторе 16 (или в смесителе), укрепленном на впускном трубопроводе 18. К карбюратору топливо подается из топливного бака насосом. Воздух в карбюратор поступает через воздухоочиститель.

Система питания дизеля отличается по устройству и принципу действия от системы питания карбюраторного двигателя. Остальные механизмы и системы дизеля по устройству аналогичны механизмам и системам карбюраторного двигателя.

Система зажигания Служит для воспламенения смеси, находящейся в цилиндре двигателя. Воспламенение смеси производится электрической искрой от свечи зажигания 21. Электрический ток, необходимый для зажигания смеси, вырабатывается приборами, входящими в систему зажигания.

В четырехтактном дизеле нет системы зажигания, так как смесь воспламеняется вследствие нагревания воздуха при его сжатии.

При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника теплоты. При сгорании смеси выделяется большое количество теплоты, вследствие чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, нагреваются и давление их

Сильно возрастает. Под действием давления газов поршень 3 Перемещается в цилиндре вниз и с помощью шатуна 5 Вращает коленчатый вал 9, Совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан 20. Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечиваются работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.

При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе с нижней головкой шатуна описывает окружность. Верхняя головка шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз (возвратно-поступательно). При одном обороте колена (кривошипа) коленчатого вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках.

Верхней мертвой точкой (ВМТ) называют самое верхнее положение поршня и кривошипа.

Нижней мертвой т о чк о й (НМТ) называют самое нижнее положение поршня и кривошипа.

При положении поршня в мертвых точках давление газов на поршень не может вызвать поворота коленчатого вала, так как шатун и кривошип коленчатого вала располагаются в одну линию.

Ходом поршня Называется расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа. При повороте кривошипа от мертвых точек на одинаковые углы поршень проходит разные расстояния. Это означает, что при равномерном вращении коленчатого вала поршень в цилиндре движется неравномерно с ускорениями и замедлениями, вследствие чего в работающем двигателе появляются силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс.

Тактом Называется процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой. При перемещении поршня вниз от ВМТ к НМТ объем внутренней полости цилиндра над поршнем изменяется от минимального (объем камеры сгорания) до максимального (полный объем цилиндра).

Камерой сгорания Называется пространство в цилиндре над поршнем при положении его в ВМТ.

Рабочим объемом цилиндра Называется пространство, освобождаемое поршнем в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ к НМТ.

Полным объемом цилиндра Называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания.

Рабочим объемом, Или Литраж ом, Двигателя называется рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах.

Степенью сжатия Двигателя называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь (заряд) при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия двигателя, тем больше его экономичность, т. е. меньше расход топлива.

Устройство и работа карбюраторного двигателя. В четырехтактном карбюраторном двигателе рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, или четыре хода поршня, и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочий ход) и выпуска.

Во время Такта впуска (рис 2.2, А) Цилиндр заполняется горючей смесью. При этом кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота, а поршень перемещается от ВМТ к НМТ; впускной клапан 1 Открыт, выпускной 2 Закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, и в цилиндре создается разрежение, вследствие чего в цилиндр поступает по впускному трубопроводу приготовленная в карбюраторе или смесителе горючая смесь. Горючая смесь, поступающая в цилиндр двигателя, смешивается с отработавшими газами, оставшимися в небольшом количестве в камере сгорания от предыдущего цикла. Получившаяся смесь называется рабочей смесью.

Когда кривошип приходит в нижнее положение, а поршень доходит до НМТ, впускной клапан закрывается, и цилиндр оказывается заполненным горючей смесью. Из-за сопротивления впускной системы и нагревания потока смеси в конце впуска дав-

Рис 2.2. Рабочие циклы четырехтактного двигателя:

А — впуск; Б — сжатие; В — рабочий ход; Г — выпуск; 7 — впускной клапан; 2 —

Ление в цилиндре не достигает атмосферного и равно примерно 7. 8 МПа. При увеличении числа оборотов двигателя это давление еще более снижается, что уменьшает плотность заполнения цилиндра горючей смесью. Температура смеси в конце впуска равна 100. 130 °С.

Степень заполнения цилиндра горючей смесью характеризуется так называемым Коэффициентом наполнения, Представляющим собой отношение массы действительного заряда, поступившего в цилиндр, к массе заряда, который имел бы цилиндр при атмосферном давлении и нормальной температуре (15 °С). Для современных высокооборотных автомобильных двигателей коэффициент наполнения равен примерно 0,65. 0,80.

При Такте сжатия (рис. 2.2, Б) Происходит сжатие рабочей смеси, что необходимо для ее более быстрого сгорания и получения большого давления газов в цилиндре. При сжатии смеси поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. В конце такта сжатия смесь сжимается до объема камеры сгорания, в которой смесь размещается. Чем больше степень сжатия двигателя, тем сильнее сжимается рабочая смесь и тем выше при сгорании давление газов на поршень и экономичнее работа двигателя.

Однако, предельные значения степени сжатия для карбюраторных двигателей ограничиваются свойствами применяемого топлива (бензина), например его антидетонационной стойкостью, характеризуемой Октановым числом. Чем выше октановое число (изменяющееся для автомобильных бензинов примерно от 80 до 98), тем большей антидетонационной стойкостью обладает топливо.

Чрезмерно высокая степень сжатия может привести к особому детонационному воспламенению смеси и нарушению нормального процесса ее сгорания, которое будет происходить с очень большими скоростями и резкими местными повышениями давления в цилиндре. В результате этого нарушается нормальная работа двигателя, появляются резкие металлические стуки вследствие вибрации деталей под действием повышенного давления и дымный искристый выпуск в результате неполного сгорания топлива. Это приводит к перегреву двигателя, снижению мощности и экономичности и увеличению износа его деталей.

Во избежание нарушения нормальных условий сгорания рабочей смеси в карбюраторных двигателях при использовании существующих сортов бензина смесь сжимают не более чем в 7 —10 раз, т. е. степень сжатия карбюраторных двигателей не должна быть выше 7. 10. При этом для двигателей с более высокими степенями сжатия требуется применение топлива с хорошими антидетонационными свойствами, т. е. с высоким октановым числом. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает примерно до 80. 120 МПа, а температура смеси достигает 450. 500°С.

При Такте расширения, или рабочем ходе (рис. 2.2, В), Поршень в цилиндре перемещается вниз под действием давления газов, приводя через шатун во вращение коленчатый вал двигателя. В конце такта сжатия, когда поршень приходит в ВМТ, в цилиндр подается электрическая искра, воспламеняющая сжатую рабочую смесь. Смесь сгорает очень быстро с выделением большого количества теплоты. Из-за сильного нагрева газов, образовавшихся при сгорании, давление в цилиндре резко возрастает, и поршень под действием этого давления с большой скоростью перемещается вниз от ВМТ к НМТ, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. В момент сгорания рабочей смеси температура газов в цилиндре повышается до 1 800. 2 ООО °С, а давление — до 250. 300 МПа. При движении поршня к НМТ газы расширяются, и их давление и температура в цилиндре постепенно уменьшаются. В конце рабочего хода давление в цилиндре падает до 30. 40 МПа, а температура снижается до 800. 1 100 °С.

При Такте выпуска (рис. 2.2, Г) Происходит очищение цилиндра от отработавших газов. При этом впускной клапан 1 Закрыт, выпускной 2 Открыт, а поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При движении поршня к ВМТ оставшиеся в цилиндре после сгорания смеси отработавшие газы выталкиваются через выпускной клапан в атмосферу.

Так как удалить полностью отработавшие газы из цилиндра не представляется возможным вследствие сопротивления потоку газов выпускной системы (клапан, выпускной трубопровод, глушитель), давление в конце такта выпуска составляет примерно 0,105 . 0,115 МПа. Температура отработавших газов в начале выпуска равна 700. 800 °С, к концу выпуска она понижается до 300. 400°С

Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется Коэффициентом остаточных газов, Представляющим собой отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда. Для современных высокооборотных карбюраторных автомобильных двигателей коэффициент остаточных газов составляет примерно 0,08 . 0,20, возрастая при увеличении частоты вращения коленчатого вала. При дальнейшем вращении коленчатого вала (работе двигателя) снова происходит такт впуска, затем такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска и т. д.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов только при рабочем ходе. При совершении вспомогательных тактов (выпуске, впуске и сжатии рабочей смеси) противодавление действующих на поршень газов создает сопротивление вращению вала, для преодоления которого необходимо к валу приложить внешний момент. Для повышения равномерности вращения коленчатого вала

И осуществления вспомогательных тактов на коленчатом валу устанавливают маховик of your page —>

Источник статьи: http://my-miks.ru/slesarka/osnovnye-pokazateli-dvigatelya-ego-obshhee-ustrojstvo-i-xarakteristiki.php